Роборуки з обкладинки TIME. Як влаштоване виробництво біонічних кінцівок Esper Bionics — фоторепортаж

Esper Bionics – компанія з українськими засновниками, що виробляє технологічно просунуті біонічні кінцівки. Минулого року їхня роборука потрапила на обкладинку TIME – редакція журналу визнала її одним з 200 найкращих виробів 2022 року. Сьогодні компанія продовжує розширювати функціонал штучних кінцівок і планує виготовляти біонічні ноги. AIN.UA завітав до їхнього київського виробництва.

Підприємство Esper Bionics розташоване у триповерховій будівлі в промисловій зоні Києва. Сюди компанія переїхала в серпні 2023 року, адже попереднє місце було занадто малим для серійного виробництва. Нас зустрічають очільник стратегічних відносин Esper Bionics Богдан Діордіца та керівник відділу маркетингу Дмитро Гануш і проводять на перший поверх. Тут розташований цех з виготовлення протезів. Певний час ми вагаємось, з чого розпочати екскурсію, адже виробництво нелінійне.

Тож почнімо з того, що собою являє штучна кінцівка. Вона складається з куксоприймача і протеза. Куксоприймач чіпляється на куксу – те, що залишилось від руки, її вціліла частина. Всередині конструкції є міосенсори, що допомагають отримати сигнал від мозку і передати його протезу для того, щоб людина могла рухати кінцівкою. Іншими словами, куксоприймач – це посередник між штучною та біологічною частинами рук. Його розробляють індивідуально для кожного пацієнта в спеціалізованих клініках, там же його і встановлюють. За словами Богдана, зараз навіть просунуті 3D-сканери і вартісні 3D-принтери не в змозі зробити куксоприймачі краще за протезистів. Отже, в Esper Bionics виготовляють лише роборуки.

Ми визначились, що на першому поверсі екскурсію краще розпочати з триосьового фрезерного верстата з числовим програмним керуванням. На ньому оператор Сергій виготовляє металеві деталі для майбутньої штучної кінцівки – наприклад, фаланги пальців. Більшість деталей – з авіаційного алюмінію, бронзи та неіржавної сталі.

За процесом спостерігаємо крізь скло. Сергій керує механізмом за допомогою числових програм, які пишуть і встановлюють тут, на Esper Bionics. Верстат доволі великий. Щоби занести його сюди, власник приміщення дозволив працівникам розібрати частину вікон і стіну.

Поруч стоїть універсальний токарний верстат, над ним – креслення, за яким Сергій виготовляє деталі. І не лише їх, а й деякі інструменти, які потрібні для виробничого процесу. Наприклад, платформу для збирання пальців. Оператор показує нам її модель на моніторі за кілька секунд після того, як верстат закінчує фрезою надавати форму алюмінієвому брусу. В такий спосіб створюється кронштейн ходової гайки для майбутньої платформи.

«Ці оснастки унікальні для нашого продукту. Тобто ми не можемо замовити їх на умовній «Розетці», – пояснює Сергій.

Трохи далі – те, що Богдан називає «складом здорової людини». Йдеться про полиці, на яких розташовані бокси з деталями, що потрібні для збирання протеза. Кожен ящик пронумерований і підписаний, тому працівники заощаджують час, коли шукають потрібні компоненти.

«Тут все – від окремих деталей рук до деяких складових для куксоприймачів», – каже Богдан.

Бокси поближче нам показує старший збірник Андрій. На них є шифри, що складаються з букв та номерів. Букви вказують на те, до якого саме протезу в цьому ящику деталі. Наприклад, LL – Large Left, протез лівої руки у великому розмірі.

Бокси складає Максим, він працює на складі в Esper Bionics. Не всі деталі, які є в ящиках, виготовляє оператор Сергій на верстаті – деякі замовляють з-за кордону. Наприклад, двигуни для протеза – зі Швеції.

Андрій називає Максиму номер бокса, отримує його – і починається збірка протеза. Для цього механік бере раму, яка зовні схожа на штучну долоню.

Встановлює всередину втулки і проводку, до якої приєднує комутаційну та материнську плати – вони приймають сигнал. В такий спосіб Андрій готує перший модуль до приєднання наступного.

Модулями називають окремі вузли руки – наприклад, пальці. Вони згинаються за допомогою двигуна, ходового гвинта, пружини і плати.

Отже, коли материнська плата через комутаційну подає сигнал на проводку, він поступає до двигуна і дає наступний сигнал. Двигун запускається – і це дає змогу користувачу згинати і розгинати пальці.

Якщо Андрій працює лише на першому поверсі, то механіки Віталій та Павло – і на першому, і на третьому, де розташований R&D-відділ. Там вони розробляють нові моделі. Потім замовляють складові Сергію та першими на виробництві збирають прототипи. 

Далі вироби тестують на окремих столах і лише після цього його запускають в серійне виробництво. 

Загалом в цеху працює чотири збірники. Є ще один спеціаліст зі зборки, але він залучений також у роботу R&D-відділу. Замовлення приходять партіями, і на виготовлення однієї уходить в середньому шість тижнів. Кількість протезів в одній партії буває різною. На місяць виготовляють до 15 роборук, але планують наростити виробництво, адже попит великий. Також в планах – поступово розширити штат збірників до 16 осіб. Важливо розуміти, що новоприбулі інженери протягом місяця працюють під керівництвом старшого збірника Андрія, якими б досвідченими вони не були, а це впливає на його продуктивність і займає чимало часу.

«Це справжні інженери. Для них не проблема самостійно «закодити», надрукувати, відлити та припаяти деталі», – так Богдан описує працівників Esper Bionics.

R&D-відділ

Пропускаємо другий поверх (він виробництву не належить) і прямуємо одразу на третій. Там розташований R&D-відділ. Знайомимося з firmware-командою. Їхнє завдання – розробити програмне забезпечення для алгоритмів дій пальців. Поруч сидять фахівці, які займаються електронним наповненням – дротами і платами.

«Зазвичай вони спочатку роблять якусь плату в великому розмірі, повністю тестують її, щоб все працювало якнайкраще. А потім її зменшують до потрібного розміру руки», – пояснює Богдан.

У R&D-відділі люди працюють над тим, щоб штучна кінцівка працювала коректно, передавала сигнали та давала користувачеві ту ж функціональність, що і природна рука. А налаштувати її можна за допомогою смартфона.

Smart-рука

Богдан бере роборуку і свій телефон. На ньому запускає застосунок Esper Bionics і показує, як можна змінити схему керування або налаштувати чутливість міосенсорів. Наприклад, якщо у людини зранку кукса збільшилась в обсязі, то чутливість можна применшити. І навпаки – якщо ввечері вона стала меншою в розмірі, і шкіра неідеально прилягає до міосенсору, то для кращої роботи сигналів чутливість варто збільшити.

Міосенсори – це датчики, які зчитують напругу організму, створюють так званий біопотенціал і передають сигнал на пристрій керування. Вони є частиною куксоприймача. Міосенсори встановлюють там, де у людини на залишку кінцівки знайшли найбільшу активність м’язів. Але сигнал від скорочення м’язів дуже слабкий. Тому міосенсори та програмне забезпечення в кисті застосовують спеціальні фільтри для того, щоб підсилювати сигнал і відсіювати «шуми», які генерують інші електронні прилади.

За словами Богдана, достатньо двох міосенсорів для того, щоб керувати рукою. Можна поставити і набагато більше, але кожен коштує близько $1000.

Також в телефоні можна налаштувати хвати – це жести, які користувач може показувати пальцями. Наприклад, «козу» на рок-концерті. Або витягувати вказівний палець для того, щоб проскролити новинну стрічку на смартфоні (хват tap). Або скласти руку так, щоб зручно було взяти письмову ручку (хват pen). Пальці складаються у хват bottle, якщо потрібно взяти якісь круглі предмети.

«Якщо ми кажемо про травматичну, а не планову ампутацію, то часто м’язи пошкоджені, і кукса неідеально сформована. Відповідно, користувачам треба вчитись заново напружувати різні м’язи. Тому для людей, які тільки починають опановувати роборуку, ми рекомендуємо починати з найпростішої схеми керування для того, щоб вони навчилися ізольовано напружувати дві групи м’язів», – каже Богдан.

Якщо найближчим часом людина не планує використовувати деякі жести, вона може тимчасово відключити хвати в застосунку на своєму телефоні, і тоді пальці не зможуть згинатися у комбінацію, яку вимкнув користувач. За потреби він в будь-який момент може активізувати якийсь хват. Наразі в застосунку можна активувати до 18 комбінацій.

Характеристика штучних кінцівок та як їх вдосконалюють

Фаланги пальців на протезі здатні витримати вагу до 12 кг. Сама рука витримує до 30 кг – наприклад, цього достатньо для того, щоб відтискатись. Богдан каже, що під час відтискань проблем з протезами не виникає, але бувають болісні відчуття в самій куксі, адже це жива тканина, яка впирається в куксоприймач. Так само немає проблем і під час підтягувань, але користувачі поки побоюються, що кукса висковзне з куксоприймача.

Протез має гарантійний термін – два роки з початку користування. Наразі команда Esper Bionics прораховує вартість виробництва штучної кінцівки з гарантією у п’ять років.

Втім, компанія працює не тільки над терміном зношеності протеза, а й над його енергоощадливістю. Зараз найбільш активні користувачі заряджають роборуку раз на два-три дні.

«Зробили, відтестували, зламали, зробили інакше. Відтестували – знову зламали. Ще раз зробили – не зламали. Круто. Відтестували 100 разів, не зламали. Все – запускаємо в серійне виробництво», – описав процес розробки нових продуктів Богдан.

Що стосується розміру руки, то він більш-менш універсальний: є великий і маленький. Останній підходить жінкам і чоловікам невеликої статури, а також підліткам. Дітям, за словами Богдана, не доцільно ставити протези з керуванням міосенсорами, адже ті швидко ростуть, і в них збільшується кукса. Відповідно, куксоприймач потрібно переробляти, а на це підуть і час, і гроші.

Взагалі очільник стратегічних відносин Esper Bionics розповів, що в Україні існує програма, за якою люди можуть отримати протези різної функціональності коштом держави. Але в такий спосіб ані дітям, ані дорослим функціональні протези з зовнішнім джерелом живлення не ставлять. Винятком є військові, які через рік після встановлення простішого (механічного або косметичного) протезу можуть претендувати на штучну кінцівку підвищеної функціональності або спортивний протез. 

Виробники достатньо гнучкі в комунікаціях між донорами та користувачами, тому спілкуються з ними особисто. Спочатку людина, яка потребує протез, заповнює анкету на сайті Esper Bionics. З нею зв’язується лікарка Лідія і дізнається більше про обставини й характер травми, ускладнення після ампутації тощо. Розповідає більше про протези і, якщо клієнт погоджується, шукає донора для нього. Іноді буває навпаки: спочатку знаходять донора, який готовий оплатити більше, ніж одне встановлення, і тоді компанія сама шукає того, хто потребує протезування. Після протезування можуть влаштувати особисті зустрічі донора та реципієнта, але тільки якщо вони самі того захочуть. 

Локалізація виробництва

«Це, мабуть, круто, коли сервіс протезів розташований там, де є сам користувач», – зауважує Богдан, говорячи про ремонт біонічної роборуки.

За його словами, ті, хто отримує протез від Esper Bionics, в разі пошкодження можуть просто відправити його поштою до виробництва для ремонту чи вдосконалення моделі. Інша ситуація з біонічними руками іноземних виробників: користувачам потрібно чекати місяць, доки протез лише дійде до сервісного центру, а потім ще чекати, доки його полагодять і повернуть власникам. Тому Богдан наголошує на тому, що в Україні мають бути свої рішення щодо виготовлення протезів.

«По-перше, для людей, які потребують протезування, складно обслуговувати свої протези за кордоном. А, по-друге, мине рік-два, і гуманітарна допомога у вигляді протезів від інших країн закінчиться. І хлопці спитають: «А що ви робили з 2022-го року? А де наші протези?» – пояснює він. 

За словами Богдана, в Україні не так багато протезистів, які вміють виготовляти роборуки, що керуються за допомогою міосенсорів. Esper Bionics співпрацює лише з шістьма-сімома протезистами на всю країну.

Поки ми розмовляємо про відправку поштою, Богдан показує коробку, в якому клієнти отримують свої протези. Відкрити її можна за допомогою одного лише руху, відкинувши кришку. Це – лише один приклад уваги до деталей з боку Esper Bionics, коли йдеться про людей, які позбавлені однієї кінцівки, або навіть обох.

Плани на 2024 рік

В новому році компанія має намір значно розширити виробництво біонічних кистей, а також розробити власний протез ноги. Але Богдан каже, що з ними набагато важче, ніж з руками, адже потрібно більше досліджень, а сертифікація такого виробу є складнішою. Окрім того, відповідальність виробника штучних ніг вища за відповідальність виробника штучних рук: «Якщо не спрацює нога, ймовірно за все, ви впадете. І ця травма буде небезпечніша, тому що це одна з двох опор людини. Відповідно, неправильна робота протеза нижньої кінцівки може нашкодити значно більше, ніж помилка у роботі протеза верхньої кінцівки».

Також в планах компанії – робота над альтернативною системою керування, яка дозволить передавати сигнали швидше і без зайвих зусиль. Дмитро вже спроєктував таку систему керування, що матиме вигляд масиву сенсорів.

«Людина передає сигнал через сенсори на руку. Протез має «зрозуміти» їх та прийняти певне положення. Далі штучна кінцівка натискає на інтерфейс, який створений для біологічної руки. В цьому алгоритмі є багато посередників, але саме в такий спосіб працює протез. А ми плануємо розробити альтернативну систему керування, яка передбачає умовну клавіатуру з міосенсорів і розрахована на людину з ампутацією», – каже Дмитро.

У світі вже існують технології, що використовуються в багатосенсорних системах керування протезами. Одна з них – Pattern Recognition, розпізнання певних паттернів скорочення м’язів. Але це не одне й те ж саме, що інтерфейси з міосенсорів.

«Для нас було б добре наступного року створити свою систему з сенсорів, яка б дозволяла теж використовувати алгоритми розпізнавання патернів скорочення м’язів, і додати можливо ширший спектр керування рукою. Але це історія, що потребує часу», – зауважує Дмитро, перш ніж ми попрощаємось.